Cell正刊重磅综述！让你一文读懂肿瘤转移的百般花样！轻松拿捏国自然！

把解螺旋设为星标  ⭐，才能准时收到推送哦~

解螺旋公众号·陪伴你科研的第3567天

肿瘤转移

肿瘤转移是肿瘤恶性化发展的重要环节，也是肿瘤治疗失败的主要原因。目前有关肿瘤转移的成因说法繁多，相关的治疗手段也非常有限，因此寻找肿瘤转移的原因发现新靶点尤为迫切。

2023年4月13日，美国斯隆凯特琳癌症研究所 Karuna Ganesh教授为通讯作者，在顶尖期刊《Cell》（IF值为66.85分）上发表题为“Metastasis”的综述性文章，详尽总结了肿瘤转移研究的最新进展。下面笔者将这篇综述全文编译如下，供有兴趣的同学参考。

摘要

大多数与肿瘤相关的死亡，是由肿瘤转移引起的。转移的概念，随着相关研究的进展，不断发展、具有异质性、且涉及全身各系统。对于如何有效治疗肿瘤转移的新研究，仍在不断涌现。肿瘤转移具有一系列特征，这些特征可以促进肿瘤细胞在体内的播散、激活和休眠的动态平衡，以及促进瘤细胞定植于远处器官。上述过程的发生，是由转移瘤细胞的克隆选择、动态转变，以及选择免疫环境的能力所驱动的。在这篇综述文章里，作者回顾了转移的主要过程和最新研究进展，并着重强调了为转移性癌症开发更有效疗法的新兴策略。

简介

转移，即癌细胞在远离其起源部位的器官中生长，是癌症的最终，且最致命的表现。绝大多数癌症患者死于转移性疾病，而不是原发性肿瘤。转移包括一系列过程，包括来自原发性肿瘤的细胞逐渐获得更强的侵袭力；通过血液、淋巴管或通过邻近结构的直接浸润种植；定植于远处器官，最终在远处器官中增殖。在上述过程中，肿瘤细胞具有不同表型，并在肿瘤微环境中，与其周围免疫细胞和基质细胞相互作用，以支持瘤细胞生长，并帮助瘤细胞逃避免疫系统的监视。原发性肿瘤通常可以通过手术和放疗等局部疗法治愈，转移性癌是一种影响多个器官的全身性疾病，它不仅可以通过直接定植器官并损害其功能，而且还可以通过改变分泌蛋白组构成及其代谢，最终导致患者死亡。对全身治疗的反应，在同一患者的原发性和转移性疾病中，可能具有截然不同的结果。由于转移性肿瘤对现有治疗方法耐受，临床上的转移性疾病，在很大程度上无法治愈。

下一代测序方法形式的技术进步，已经极大促进了基础癌症科学和临床肿瘤学的发展。通过上述技术，研究者已经积累了大量的表征疾病特异性表达模式，包括肿瘤微环境的肿瘤基因组数据，研究者通过对循环肿瘤 DNA（ctDNA）和循环肿瘤细胞（CTC）进行检测，来追踪疾病进展和对疗法的耐药模式，并阐明了原发性和转移性肿瘤的的异质性和克隆性。总之，这些研究成果，促成了新生物标志物和药物靶标的发展，并迅速推进了研究者对转移瘤细胞如何适应宿主环境，以确保其生存的机制研究。

图为循环肿瘤细胞捕获、分析和临床试验设计。

（a）CTC捕获工具包括抗原依赖技术（例如，通过固定抗体、抗体包覆珠或涂层血管内导丝进行免疫捕获）和抗原非依赖技术（例如，密度梯度离心、基于变形性和尺寸的微流控系统、基于尺寸的过滤系统、基于电荷的技术或细胞分离）。（b）基于CTC的液体活检与组织活检随机化以指导治疗的选择；基于CTC存在（阳性与阴性）来指导治疗的选择（即实验性或靶向性与SOC）；CTCs阳性的患者随机接受不同的靶向或实验性药物治疗；根据纵向或重复CTC评估进行随机化，以指导后续治疗路线（例如，靶向或实验性治疗与SOC）；将单独使用ctc与SOC诊断方法（如医学成像）或使用其他液体活检分析物（如ctDNA）或每种单独模式与联合使用模式进行比较的随机试验。图片源自于https:///10.1038/s41568-022-00536-4

转移阶段

转移可分为三个阶段：播散、休眠和定植。在此期间，癌细胞经历一系列步骤侵入组织、在运输中存活，并定植于远处器官，这一过程统称为转移级联反应（图1）。在传播过程中，携带致癌驱动突变的肿瘤细胞，破坏基底膜侵入更深的组织层，从而在没有特异性生长因子的情况下生存。随后是瘤细胞内渗到近端血管或淋巴管中，并通过跨内皮迁移、毛细血管破裂、沿神经元迁移或直接局部扩散到邻近空间（如腹膜腔或胸膜腔），外渗到远处器官。在肿瘤细胞的循环中，CTCs 由于物理、氧化还原和免疫应激源而遭受广泛的损耗，这在小鼠模型中得到证实，从而导致原发肿瘤切除后血液中的 CTCs 数量大幅减少（图1）。CTC 作为单细胞，在富含干细胞样癌细胞的微团簇中循环，包被有血小板、中性粒细胞或肿瘤来源的基质细胞，这可以保护它们免受免疫监视，并赋予 CTC 的转移潜能。到达远处器官后，种植性肿瘤细胞（DTC）处于氧化应激状态，缺乏支持性生长因子或营养素，巨噬细胞、自然杀伤 (NK) 细胞和浸润性 T 细胞的免疫监视减弱。在上述状态下，幸存的 DTC 可以进入休眠期（图 1），在此期间，DTC要么细胞周期停滞，要么进入动态平衡。DTC的增殖爆发，可以被免疫消除，还可以被肿瘤微环境（TME）对增殖性克隆的遏制所抵消，在上述机制的作用下，DTC几乎没有净转移生长。种植和休眠在临床对应微转移性疾病，因为临床影像无法检测到 DTC，且患者不知道转移的发生。临床上明显的转移，来自成功发育的转移起始细胞（MIC），这些细胞已经适应TME，最终通过再生、血管生成和免疫抑制，来实现肿瘤生长和器官定植。转移级联，代表了微环境重编程，以及瘤细胞能够承受选择性微环境压力的癌细胞亚群。上述机制导致肿瘤不受限制地生长，从而导致器官功能障碍、全身机体功能崩溃，并最终导致患者死亡。这种连续的变化包括多个步骤，可以理解为转移的基础（图 2）。

图1.发生转移的各个阶段

转移包括三个阶段：传播、休眠和定植，这三个阶段可以共存，并在时间轴上重叠。MIC 起源于原发性肿瘤，并获得了侵袭性迁移的能力，然后作为 CTC，通过血液或淋巴管传播。大多数 CTC 因物理、生化和免疫应激源而被清除。CTCs 被困在远处器官的毛细血管床中，作为 DTCs 外渗，并迁移到器官实质中，以播种转移。DTC 在器官特异性血管周围播种。大多数MIC被特定生态位或系统免疫防御清除，很少有 MIC 存活下来，存活的MIC可逆生长停滞和免疫逃避，获得器官特异性生长适应，并选择其 TME 来逃避免疫监视。

转移原理

经历转移级联的瘤细胞，具有很多特征。其中一些特征，源自于原发性肿瘤，是激活致癌基因和抑癌基因突变的结果，从而使转移瘤细胞具有不受控制的生存和增殖、自我更新、迁移和侵袭的特点。但即使具有这些特征，绝大多数离开原发肿瘤的瘤细胞，也无法存活并形成远处转移。因此，转移是肿瘤细胞进化过程的瓶颈。转移特异性的出现，要么从原发性癌细胞群中中选择特异的克隆细胞，要么具备非遗传动态适应性，使原发性肿瘤细胞适应不同转移阶段的需求（图 2）。

图2：转移的原理

MIC 获得功能性能力，使它们能够在恶劣环境中传播、定殖，并在多种应激条件下存活，这里总结为转移的原理。

遗传学改变

1

肿瘤进化模式

图为转移进化的模型和遗传异质性。

（a）由于生存和增殖优势，特异性克隆依次出现，在原发肿瘤中占主导地位（线性模式）。（b）早期扩散和平行进化模型，肿瘤细胞在原发肿瘤早期开始扩散，并在临床休眠期间,继续与原发肿瘤平行进化，直到它们获得转移能力，并增殖到肉眼可见的病变。（c）肿瘤随着时间的推移而进化，直到晚期出现的特异性亚克隆，成功产生多个转移灶。（d）来自原发肿瘤内多个具有转移能力的亚克隆晚期扩散。图片源自于doi:10.1038/nrc.2017.126

原发性肿瘤和转移灶之间的相关谱系及发育研究表明，转移过程中，有两种广泛认可的肿瘤进化模式：即线性模式和平行进化模式。在线性模式中，转移细胞从原发性肿瘤产生，较晚传播；而在平行进化模式中，癌细胞传播较早，转移细胞与原发性肿瘤细胞共享很少的突变，并与原发性肿瘤细胞分开进化。不同的播种模式（多克隆、单克隆和转移性再播种），进一步增加了转移性病灶的细胞异质性。基因组克隆进化的相关研究发现，在不同肿瘤类型和个体中，瘤细胞可出现早期和晚期转移。最近将 CRISPR-Cas9 编辑与单细胞 RNA 测序相结合的多重平行谱系相关研究，创建了可进化的追踪系统，表明在转移瘤中，线性和平行进化模式可以共存。

2

TME的空间影响

随着空间基因组学的进展，研究者对肿瘤内异质性、亚克隆变异和局部 TME 的作用，有了更深入的了解。TME 包含多种免疫细胞和基质细胞，它们与癌细胞相互作用，并共同进化，TME可以同时具有促肿瘤和抗肿瘤作用。对乳腺癌患者 TME 的空间分析发现，不同的癌症亚克隆形态，与不同程度的局部免疫浸润有关。小鼠肺腺癌的体内空间 CRISPR筛选实验发现，肿瘤细胞中的特定基因敲除，会导致免疫环境和 T 细胞浸润的改变。上述研究表明，肿瘤细胞经历了应激选择的局部变化，亚克隆遗传在转移瘤中，可能促进局部微环境生态位的建立。人类白细胞抗原 I 类等位基因杂合性缺失，在多种癌症类型转移的肿瘤亚克隆群落中富集，而强免疫原性新抗原，在复发性胰腺癌中优先丢失。种系遗传，也会影响转移倾向。最近的研究表明，APOE 基因的种系突变，会改变免疫细胞的抗肿瘤反应，并在黑色素瘤小鼠模型中，导致不同TME 成分的产生。目前，研究者在临床样本和临床前实验模型中，越来越多地应用空间和谱系追踪技术，这有望进一步揭示 TME 对 MIC 选择的影响，以及 MIC 选择 TME 成分的具体过程，以对MIC生存的机制深入理解。

3

拷贝数改变

尽管突变对肿瘤的发生至关重要，但大规模基因组研究表明，成对的转移性和原发性肿瘤，表现出相似的体细胞突变，它们极少具有转移特异性体细胞突变。研究者在肿瘤进展后期发现新的体细胞突变，这些突变的功能意义，通常与治疗耐药性有关。然而，与原发性肿瘤相比，在某些肿瘤的转移病灶中，可见拷贝数扩增增加和染色体异常，但并非在所有癌症的转移灶中都是如此。MYC扩增，通过募集更多肿瘤相关巨噬细胞（TAM），促进转移，从而导致更大规模的血管侵袭，这为非整倍体在驱动转移中的功能性作用，提供了可靠证据。然而，在大多数癌症中，非整倍体在肿瘤进展中发挥的作用，至今仍然存在争论。总的来说，基因变化可能促进转移，但在大多数情况下，相关研究结果不足以解释为什么一些癌细胞转移，而另一些不转移。

可塑性改变

图为上皮细胞分化和可塑性的类型，以及它如何与胚胎发育过程中更原始的多能性状态之间的关系。

图片源自于https:///10.1016/j.stem.2018.11.011

临床样本的单细胞分析结果，以及复杂的动物和患者来源的肿瘤模型研究，揭示了晚期癌症中的肿瘤内和肿瘤间转录异质性，这些异质性，不能用获得性基因组改变来解释。因此，表型可塑性，即对转移级联的动态非遗传适应，并对 TME 变化做出反应的能力，正在成为转移的首要标志及研究热点。可塑性允许 MIC 进入动态休眠、转分化并动态调整MIC状态，以适应代谢、氧化还原和免疫应激源（图 3A）。最近对转移性小鼠模型的研究表明，癌细胞在从原发性肿瘤，发展为 MIC 和器官特异性转移的过程中，经历了多种表型转变。小鼠肺腺癌模型中的体内谱系追踪和单细胞转录组学分析显示，具有高可塑性的原发性肿瘤亚克隆群落，在匹配的转移灶中高度富集，表明原发部位的可塑性，是转移的先决条件。目前相关研究一个重要的新兴主题，是相同的分子和通路，在肿瘤进展过程中的不同背景下，可能具有不同的作用，特别是在原发性肿瘤增殖与肿瘤传播和休眠期间。因此，将癌症相关基因指定为致癌基因或肿瘤抑制基因，在动态转移可塑性的研究背景下，经常出现矛盾结果。

图3. 转移癌细胞相关的胚胎发育和伤口愈合的再生程序。

（A）在体内平衡期间，组织特异性干细胞不断产生，并转运祖细胞和成熟分化细胞。组织损伤后，分化的上皮细胞去分化，以重新进入组织胎儿样、损伤相关的祖细胞状态，去分化的上皮细胞可以分化为组织干细胞，然后分化为不同的细胞，恢复上皮完整性。

（B）细胞可塑性，在胚胎发育过程中，逐渐受到限制。在组织损伤后，分化受限的细胞，经历了可塑性的短暂增加。发育和再生祖细胞，在适应肿瘤进展期间的应激同时，激活了癌细胞相关的增选程序，转移中的癌细胞是否保持高度可塑性，目前仍不清楚。

（C）分散的 MIC 具有高可塑性状态。这些状态包括混合 EMT 状态、损伤相关的瞬态祖细胞样状态或免疫逃避休眠状态。在转移性定植期间，MIC 可以出现再生表型异质性，这些MIC可以进入休眠或启动肿瘤生长，重新进入类似于原发性肿瘤的状态，转移瘤细胞仍然处于MIC 样状态（可变形性），或经历谱系可塑性，进入新的细胞状态（转分化）。

1

基因表达的应激反应调控

大量相关研究结果，发现了特定于转移级联的离散步骤的基因表达程序。表观遗传机制，包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰、3D 染色质组织和非编码 RNA，在不改变基础 DNA 序列的情况下，可以影响基因表达，为转移瘤细胞对微环境输入的动态响应，提供了多种可能性。关键转录因子（包括 SOX10 和 RUNX）的激活，可以通过表观遗传，介导转移瘤细胞的可塑性形成。组蛋白修饰的动态变化，可以改变染色质的可及性和结构。含有棕榈酸的高脂肪饮食，可以通过组蛋白 H3 赖氨酸 4 三甲基化的沉积，促进口腔鳞状细胞癌和黑色素瘤的远处转移。MIC 采用多种应激反应机制，通过转录后基因调控、自噬、和未折叠蛋白反应，促进瘤细胞的远处转移，这也是实体瘤中代谢和免疫逃避可塑性的决定因素。RNA 结合蛋白在转移过程中，协调细胞重编程和 TME 相互作用，调节 RNA 修饰、mRNA 剪接、定位、翻译、稳定性和降解。RNA N6-甲基腺苷（m 6 A）读取器 YTHDF3 的过表达，可以通过增加富含 m 6 A 的转录物的翻译，促进癌细胞与脑内皮细胞和星形胶质细胞的相互作用，以及瘤细胞的脑转移。具有低水平线粒体 RNA 胞嘧啶 5 甲基化 (m5C) 的癌细胞，减少了线粒体编码的氧化磷酸化复合物的翻译，抑制糖酵解到氧化磷酸化的转变，从而阻断了口腔鳞状细胞癌的转移。tRNA 的动态表达，通过调节具有差异密码子使用的基因，进一步促进MIC的可塑性。总之，这些研究表明，癌细胞可以通过调节表观遗传、转录和转录后改变，来动态切换其表型状态，以响应来自不断进化的器官特异性微环境的信号。

2

代谢适应

图为癌细胞在远端器官定植的代谢。

不同的营养物质和代谢途径支持转移性癌细胞在肺（a）、淋巴结（b）、腹膜（c）和大脑（d）的定植。图片源自于https:///10.1038/s41568-020-00320-2

尽管肿瘤向有氧糖酵解的代谢转变（Warburg 效应），是公认的癌症标志，但研究者越来越认识到，代谢途径的通量，可以在癌症进展过程中动态改变。DTC 可以使它们的新陈代谢适应环境压力，包括氧化压力或营养可用性，导致瘤细胞在循环中和在远距离器官种植后存活。来自不同肿瘤的转移性癌细胞，可以增加脂质的摄取、合成和利用。微转移肿瘤可以利用自噬和巨胞饮作用，来应对外来器官环境中的营养或生长因子缺乏。总的来说，癌细胞在循环和接种过程中，将营养物质的代谢从合成代谢状态改变为分解代谢状态，然后再回到合成代谢状态，以支持转移生长。活性氧（ROS）可通过铁死亡，诱导细胞死亡。然而，癌细胞可以减少多不饱和醚磷脂的合成，在体内转变为抗铁死亡状态，或者通过增加油酸合成，进而增加转移。在小鼠胰腺导管腺癌中，最初专家认为，ROS促进癌症的发生，但后来的研究发现，ROS可以促进瘤细胞的转移。因此，ROS 的可逆作用，使肿瘤从增殖表型到侵入表型的相互转换，成为可能。磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）是葡萄糖衍生丝氨酸合成中的限速酶，可促进癌症增殖，而 PHDGH 依赖性唾液酸合成和整合素糖基化的缺失，会增加瘤细胞的转移性。这些研究强调了代谢可塑性在癌症进展中的重要性，相同的分子和途径，在增殖和转移扩散过程中的不同步骤中，发挥着不同的作用。

肿瘤发展和再生的共同选择

虽然之前的研究，已经确定了与转移相关的不同个体基因和通路，但用于转移状态的转录组、表观基因组和蛋白质组分析，正在揭示转移瘤细胞特异的表型。目前新兴的专家共识是，许多癌症通过激活功能相关基因的共调节模块，来同时获得转移所需的表型。此类基因网络，通常是产生癌症的组织发育或再生所需的基因网络，癌症特有的新基因程序，也可能对肿瘤转移，做出重要贡献（图 3 ）。

1

发育、再生和转移

在胚胎发育过程中，全能受精卵的后代，随着器官的成熟，逐渐在可塑性方面受到限制。大多数成体组织内，含有组织驻留干细胞亚群，这些干细胞的后代，可以分化为该组织的各种细胞类型，但不能分化为其他组织。在这种稳态组织干细胞中，获得致癌驱动突变可导致癌症，称为“癌症干细胞”。然而，最近的研究表明，组织干细胞不必是受谱系限制的细胞群，而具有亚稳态表型，许多细胞具有可塑性，尤其是在损伤后的组织再生过程中（图3）。在肺中，炎症损伤诱导基底细胞，进入混合损伤相关瞬时祖细胞（DATP）状态，混合表达来自多个正常肺上皮细胞谱系的基因。DATP 经历可塑性，进入组织驻留的干细胞样肺泡 II 型细胞，随后分化成多种肺细胞类型，以在受伤后恢复上皮功能和结构。在小鼠肺腺癌中，具有多向分化潜能的高可塑性细胞状态，被确定为转移的前兆，在小鼠和人类肺腺癌转移中，研究者发现了更多发育原始转录基因程序的重新获得。类似地，结直肠原发性肿瘤，是由 Lgr5 癌症干细胞引发的，但转移的瘤细胞， Lgr5 表达丢失，而是获得新标记的表达，包括 L1CAM和 EMP1。L1CAM 不由健康的肠上皮细胞表达，但由损伤后的再生祖细胞表达，并且是伤口愈合、转移起始和治疗后肿瘤再生所必需的。已建立的小鼠结直肠转移瘤模型，在转移生长过程中，从 Lgr5低转移起始状态恢复到 Lgr5 状态，尽管目前尚不清楚这种动态改变在晚期人类癌症中的保留程度。

上皮-间质转化 （EMT），是在转移中的发育可塑性最佳研究示例。EMT包含细胞组织的多种动态变化，包括细胞极性的丧失和上皮细胞粘附分子的下调，从而导致迁移和侵入邻近组织的能力增强。这是由上皮基因的 SNAIL 和 ZEB 转录抑制因子的协调和动态调节功能驱动的。EMT 首先发生在胚胎原肠胚形成过程中，并且随着 DTC 获得迁移表型，从而促进原发性肿瘤的侵袭转移。EMT 是否是转移的先决条件，目前一直存在争议，因为这很难在临床样本中证明。一些研究表明 ，EMT 不是转移所必需的，但会导致肿瘤的耐药。最近的研究表明，在癌细胞中，常常发生与侵袭、转移和化学抗性相关的EMT。最近的研究发现，在同一细胞中，共表达上皮和间充质标记物的混合 EMT 状态，可驱动多种癌症转移，这一发现挑战了将 EMT 视为二元开关的传统观点。随着 MIC 在远处部位获得转移相关的特异性生长能力，由MIC再生的肿瘤有以下特点（1）弹性变化，转移肿瘤可以复制它们原发肿瘤的表型特点，最常通过间充质-上皮细胞转化（MET）发生；（2） 可变形性，即原发肿瘤可以保持类似 MIC 的状态；或（3）转分化性，MIC在经历谱系可塑性后，从而进入不同于同源原发性肿瘤的新细胞状态（图 3 C）。这三种特点的具体贡献，可能因个体、肿瘤基因型和起源组织而异，并且仍有待在临床转移中研究。

进行性免疫逃避

1

不断发展的肿瘤微环境

DTC 必须逃避组织驻留和系统免疫的攻击，才能成功地在远处器官中定植。转移免疫的重要性，来自器官移植的相关研究，在这些研究中，免疫抑制的肾移植受者，因早期黑色素瘤细胞存在于供体肾脏中，而发生广泛转移。在原发性肿瘤中，肿瘤浸润淋巴细胞的增加，是结直肠癌患者无复发生存的有利预后生物学指标，而 T 细胞和 NK 细胞的耗竭，会增加实验模型中的转移。增强抗肿瘤免疫力的免疫检查点抑制剂（ICI），彻底改变了转移性癌症的临床治疗方案。在肿瘤细胞中，阻断 PD-1、CTLA-4 和 LAG3 的T 细胞受体-配体相互作用，可以在临床上诱导有效的治疗反应，这现在是许多实体瘤的标准治疗方案。尽管ICI取得了这些成功，但由于缺乏肿瘤抗原、抗原呈递缺陷、T 细胞活化缺陷和 T 细胞排斥，一些肿瘤类型对 ICI 没有反应，并且缺乏肿瘤 T 细胞浸润，这些肿瘤被称为“冷肿瘤”。“冷肿瘤”的产生，与免疫抑制 TME相关。即使对于最初对 ICIs 有反应的肿瘤，由于慢性 T 细胞刺激，导致功能减退，T 细胞耗竭也可能导致耐药性的产生。至关重要的是，ICI 似乎对原发性肿瘤和微转移，比对已发生的显著转移更有效。在一项关于三阴乳腺癌的研究中，虽然在化疗中加入pembrolizumab ，在肿瘤细胞上 PD-L1 配体低表达的转移性三阴性乳腺癌，总体生存获益不明显，无论 PD-L1 表达状态如何。在早期乳腺癌中，添加 pembrolizumab ，可显著延长无病生存期。在黑色素瘤和肺癌的相关研究中，也有类似结果表明，ICIs 在辅助/新辅助治疗中，比在晚期转移中更有效。因此，了解转移中进行性免疫抑制的机制基础，将免疫学“冷”肿瘤变“热”，以及提高免疫疗法在转移性癌症中的疗效，至关重要。

图4. 转移性肿瘤微环境

TME 的组成和共同选择，对于肿瘤的生长和进展至关重要。TME 的主要成分是先天性和适应性免疫系统，以及基质细胞的成分：组织驻留和骨髓来源的巨噬细胞，极化为免疫抑制性 TAM、单核细胞、骨髓来源的抑制细胞、T 细胞、NK 细胞、树突状细胞、血管和淋巴管、癌症相关的成纤维细胞和 ECM 的成分。TME 中免疫细胞的环境和免疫调节受体的表达，在转移性肿瘤中变得更加抑制。

外渗到远处器官的 DTC ，首先遇到组织驻留的巨噬细胞和 NK 细胞，而后者进一步募集局部和循环免疫细胞，以对抗新播种的转移。作为回应，癌细胞发展出适应性机制，可以促其逃避或抑制免疫反应，限制抗原识别，增加阻断适应性免疫系统的受体表达，并分泌免疫调节细胞因子、细胞外囊泡和生长因子。TME包括T细胞和B细胞；NK细胞；骨髓细胞，包括 TAM、骨髓来源的抑制细胞、树突状细胞和嗜中性粒细胞；基质细胞，包括癌症相关的成纤维细胞、周细胞和内皮细胞；和细胞外基质（ECM）成分，它们都协调此类适应（图 4）。TME可以同时具有促瘤和抑瘤作用，但随着时间的推移，其作用越来越趋向于促瘤（图4）。反过来，在临床试验中，越来越多地探索 针对TME的靶向治疗，无论是作为单一药物还是与 ICI 联合使用。转移前，TME可发生局部和全身免疫抑制。原发性肿瘤脱落，进入循环系统的细胞外囊泡，可释放细胞因子，以诱导骨髓来源的免疫细胞募集和免疫抑制重编程至转移前器官，在转移器官，它们与驻留细胞一起形成“转移前生态位”，有利于瘤细胞的转移性定植。协调组织驻留细胞、募集的骨髓细胞和浸润性肿瘤细胞功能的信号通路，可以进一步加强转移定植过程中出现的免疫抑制环境。

2

淋巴结转移

转移性免疫抑制也可以由运输中的癌细胞介导。肿瘤的淋巴结受累，可作为未来转移性疾病的有力预后生物标志物，并在临床分期标准中反映。然而，克隆系统发育的分子重建研究表明，淋巴结和远处转移，主要来自原发肿瘤中的独立亚克隆。最近的研究表明，淋巴结不是转移过程中的被动分期站，而是诱导全身免疫抑制的关键部位。在淋巴结转移的模型中，DTC 暴露于淋巴结中的 IFN-γ ，会诱导干扰素刺激的基因程序，上调 PD-L1 和 MHCI 表达，从而促进 NK 逃避和 T 细胞抑制。至关重要的是，淋巴结定植，可以通过诱导肿瘤特异性 T 调节细胞、增加巨噬细胞上的 PD-L1 表达，以及将树突细胞从迁移亚型转变为驻留亚型，从而改变全身免疫反应。相关研究证实，注射了淋巴结肿瘤供体白细胞的肿瘤移植小鼠，更容易发生肺转移，这表明淋巴结转移，可以通过诱导肿瘤特异性免疫耐受，来促进远处器官的转移。对淋巴结依赖性免疫的进一步研究，可能会发现新的生物标志物和治疗靶标，以扰乱转移性癌症中的免疫抑制回路。

转移癌休眠

图为癌细胞休眠的相关机制。

(A)减缓增殖；(B)适应细胞代谢；(C)更改表面标记；（D）与肿瘤微环境相互作用。图片源自于https:///10.1016/j.cell.2020.10.027

在休眠期间，DTC 不会形成肉眼可见的病变，并且患者在数月或数年后复发之前，不会有临床表现。早期癌症的小鼠模型表明，每个器官中均存在DTC；然而，DTC最终只以特定癌症的方式，在特定组织中生长。在一些癌症中，如雌激素受体阳性乳腺癌，在术后20年才会出现远处复发，而其他癌症，例如小细胞肺癌，在诊断时就表现出侵袭性扩散，休眠期很短。这些观察结果表明，不同肿瘤类型的休眠进入和再觉醒，具有异质性。

临床休眠，反映了细胞休眠的动态平衡。其中 ，DTC 通过可逆地控制生长停滞和休眠的调节程序，使肿瘤细胞进入静止状态，瘤细胞增殖和定植的反复随机尝试，被免疫、物理和代谢障碍所中止。细胞可塑性，是维持休眠的一个关键特征。在乳腺癌模型中，早期 DTC 激活了与多能性样可塑性相关的间充质样程序，后者协调瘤细胞传播，并实现瘤细胞的长时间休眠，这一过程由转录因子 ZFP281 控制。休眠 DTC 通过表观遗传，调控维持其状态，例如组蛋白修饰和增强的 DNA 甲基化，导致抑制性更强的染色质状态、转录/转录后基因调控以及细胞应激反应和自噬的激活。癌细胞增殖，进一步受到 DTC 或 TME 成分释放的生长抑制信号的控制，这些成分包括 TGFβ、BMP 和 Wnt 拮抗剂，以及改变的 ECM 成分，如胶原蛋白和层粘连蛋白亚型。由于肿瘤缺氧或营养限制，对 TME 的代谢适应，进一步促进了缓慢循环的细胞状态。通过激活未折叠的蛋白质反应，进入细胞静止状态，这在功能上与免疫逃避相结合。NK配体的下调，或 MacroH2A 组蛋白变体的上调，这些变体与细胞周期停滞和衰老相关的炎性细胞因子分泌有关。这种细胞静止状态，与免疫抑制的耦合，本质上是一些成体组织干细胞的固有特性，可能在组织再生过程中具有重要功能。但这种细胞静止状态，也有助于协调异质性肿瘤中静止细胞周围的局部免疫逃避生态位。

为了启动宏观转移生长，休眠的癌细胞必须重新进入细胞周期，或逃避免疫监视。对局部宿主环境的直接炎症应激源，例如手术、烟草烟雾或接触细菌脂多糖，可以触发休眠 DTC 的重新激活和生长。在小鼠转移模型中，癌细胞可以诱导中性粒细胞产生支持转移的中性粒细胞胞外因子，从而刺激乳腺癌的侵袭、迁移和肺转移。从休眠中苏醒，是衰老宿主的固有特征。在小鼠模型中，衰老骨髓中的休眠 DTC频率降低，癌细胞增殖活性增强，这与促增殖性炎性细胞因子增加，以及休眠促进因子下调有关。ECM 的年龄相关重塑，会刺激黑色素瘤转移。衰老的成骨细胞，可以促进黑色素瘤的骨转移。老年肺成纤维细胞，可以通过增加可溶性 WNT 拮抗剂 sFRP1 的分泌，来重新激活休眠的黑色素瘤细胞。

转移癌适应器官特异性微环境

DTC 几乎可以扩散到所有器官；然而，不同的癌症类型，钟爱某些器官，这种现象称为转移性器官趋向性。器官特异性转移的决定因素，已在大量经典研究中得以证实。在这里，作者着重于介绍新兴的相关研究。转移的趋向性，由癌细胞到达器官的特点和有利于 DTC 播种、定植的器官特异性微环境所决定。结直肠癌的主要转移部位是肝脏，这是因为从肠道血行播散的癌细胞，可以通过肠系膜毛细血管进入肝门静脉，肝窦可以作为它们的毛细血管床。然而，肝脏也是 90% 的葡萄膜黑色素瘤患者的转移部位，考虑到眼睛中的原发肿瘤位置，这在解剖学上不易解释。因此，DTCs 可以理解为“种子”，特定器官生态位可以理解为肥沃“土壤”，在上述情况下，易于转移瘤的生长。DTC 之间存在的转录和代谢异质性，使得DTC能够选择在特定器官中生长、克隆，而DTC的可塑性机制，使得DTC能够动态适应新的组织生态位。一项研究显示，心内注射三阴性乳腺癌细胞系 MDA-MB-231，会导致具有不同基因表达特征的亚克隆的转移扩散，转移的肿瘤细胞优先定植到大脑、骨骼和肺部。细胞外代谢物，可以进一步塑造转移生长的生态位和内在细胞代谢微环境，例如，当葡萄糖来源变得有限时，脑转移瘤细胞可以代谢消耗乙酸盐、谷氨酰胺和支链氨基酸。结直肠肝转移，可以增强肌酸激酶脑型酶的分泌，将肝细胞释放的细胞外肌酸转化为磷酸肌酸，然后被溶质转运蛋白 SLC6A8 摄取到转移性癌细胞中，以促进 ATP 的产生。

具有新型旁分泌信号的癌细胞的生态位适应性，可以诱导靶器官周围细胞的可塑变化，促进肿瘤与其新宿主的共同进化和转移性 TME 的形成。初始转移灶可以促进癌细胞重新编程，以增加对癌细胞对广泛继发转移的适应性，从而导致更高的临床发病率和死亡率。乳腺癌和前列腺癌细胞的体内谱系追踪研究表明，骨微环境不仅为初始转移提供了生态位，而且还诱导了 EZH2 介导的表观遗传，使瘤细胞加速向内脏器官转移，从而产生更严重的肿瘤负荷。

最近的研究通过使用转录组学、蛋白质组学、流式细胞术和空间实验方法，全面研究了原发性和转移性脑肿瘤的 TME。尽管基质细胞的组成相对固定，然而研究者在不同的脑恶性肿瘤中，发现了免疫细胞组成及其表达特征的疾病特异性差异。与脑转移相比，原发性脑肿瘤的淋巴细胞和中性粒细胞浸润较少，而不同的转移性肿瘤中，研究者也发现不同免疫细胞类型的明显富集，这意味着原发性脑肿瘤对 TME 的塑造，与颅外肿瘤转移到大脑的方式不同。这些研究结果，让我们更好地了解在同一解剖位置，不同肿瘤 TME 由不同细胞组成，并间接证明，针对TME 的一刀切治疗方法具有局限性。更重要的是，上述研究还证明“土壤”不是静止的，而是动态变化的。尽管转移器官的稳态生态位，最初可能是相似的，但浸润性癌细胞可以促进 TME 的进化，进而在肿瘤中招募特定免疫细胞细胞，从而促进瘤细胞的转移。

转移癌细胞影响系统性宏观环境

转移性癌症是一种影响所有器官系统的全身性疾病。因此，影响身体营养、代谢、神经激素和炎症状态的全身性因素，均可以影响转移的所有三个阶段。关于肿瘤进展过程中的器官间系统通讯网络相关研究，是目前最前沿的研究课题。原发性肿瘤分泌的因子，可以重新编程骨髓细胞和 ECM，从而创造有利于转移播种和生长的转移前生态位。炎症状态，包括肥胖和衰老，可以促进瘤细胞转移，而运动和健康饮食，可能会降低转移风险。肠道微生物群通过微生物代谢物的直接细胞效应，或通过 TME 的重新编程，从而促进肿瘤的转移。有趣的是，最新研究已发现，细菌可以选择性地定殖于多种癌症表面，包括那些源自非屏障上皮细胞的癌症，这种关联是相关的还是因果关系，目前仍不是很清楚。瘤内梭杆菌定植可驱动乳腺癌细胞的转移，而小鼠乳腺癌 CTC 中的瘤内细菌，可以通过肌动蛋白细胞骨架重塑，促进了瘤细胞对流体剪切应力的抵抗，从而促进了肿瘤的转移。癌症神经科学的新兴领域，揭示了电活动，以及神经-免疫-癌症相互作用在癌症进展中的作用，超越了长期公认的神经周围浸润作用。最近的研究表明，昼夜节律可以控制肿瘤传播的时间，抗肿瘤免疫通过树突状细胞，有节奏地将瘤细胞运输到引流淋巴结。这些研究表明，通过破坏昼夜节律信号通路，或与昼夜节律同步治疗，来靶向治疗肿瘤转移。晚期癌症最显著的表现是恶病质，这是一种分解代谢状态，蛋白质溶解，功能丧失，这与厌食、胰岛素抵抗和脂肪组织丢失有关。恶病质的发生率和严重程度，随着转移而增加，限制治疗的耐受性，可诱导免疫抑制，并与死亡率相关。相关研究者描述了转移过程中肿瘤和微环境重塑是如何诱发恶病质，这可能会产生更有希望的治疗方法，从而对抗转移性癌症。

治疗耐受

转移选择的癌细胞，具有动态重新编程能力，以适应不同压力、逃避免疫监视和颠覆宿主组织生物学，以促进肿瘤的远处转移。癌细胞可以具有相同的适应性，以促进瘤细胞对相关治疗的抵抗，并刺激肿瘤的再生（图 2）。转移和治疗抵抗之间的密切关系显而易见，因为全身转移或临床 IV 期疾病，在很大程度上仍然无法治愈，5 年生存率在 5% 到 30% 之间。治疗对转移性癌细胞施加进一步的选择压力，推动选择携带耐药突变的肿瘤亚克隆产生，并诱导炎症信号的产生。转移性疾病的治疗方法，是几乎所有全身性癌症治疗的目标，包括化学疗法、靶向疗法和免疫疗法。癌症患者在以下两种情况下，可以接受全身治疗：（1） 原发性肿瘤可手术切除，且无转移性疾病临床证据的患者（I-III 期），在手术前（新辅助）或手术后（辅助）接受全身治疗，主要目标是消除微转移；（2）具有广泛大转移性疾病的 IV 期癌症患者，治疗通常从治愈，转向姑息治疗和延长生命（图 5 ）。虽然化学疗法仍然是药物治疗的支柱，但在过去二十年，随着 ICI、靶向疗法（例如激酶抑制剂）和抗体-药物偶联物（例如 Her2 乳腺癌）的出现，显着提高了患者总体生存率。研究者对转移原理和机制的新生物学见解，为进一步改善微转移和全身转移癌症的治疗，提供了许多可行策略（图 5 ）。

图5.当前和新兴的转移性疾病治疗策略

(A) 转移性疾病在三种情况下进行治疗：当标准成像和筛查技术无法检测到转移性疾病时，在（新）辅助治疗环境中怀疑微转移性疾病。尽管多器官转移在很大程度上是无法治愈的，但对寡转移性疾病进行选择性局部治疗可以延长生命，有时还可以治愈多种癌症。多器官转移性疾病通常采用全身治疗，包括化疗、靶向治疗（例如，小分子抑制剂、抗体或抗体-药物偶联物）和免疫治疗。

(B) 强调了针对癌细胞或其 TME 以最大限度地消除转移细胞的治疗方式的机会。在微转移中，MIC 与免疫监视处于动态平衡。增殖细胞经常被组织驻留或循环免疫细胞消除，而休眠细胞则逃避免疫破坏。在寡转移中，小肿瘤被 TME 驻留细胞浸润并募集免疫细胞。在多器官转移中，TME 变得越来越免疫抑制，排出肿瘤反应性免疫细胞或使它们进入免疫抑制状态。

1

靶向休眠微转移

迄今为止，靶向作用于转移播散介质的药物，例如基质金属蛋白酶抑制剂，尚未在临床试验中取得成功。通常，当检测到原发性肿瘤时，DTC 已经播散到远处的器官，使得阻止DTC传播的药物治疗无效。有研究者指出，改善癌症预后的最大机会，是专注于休眠微转移相关的临床试验（图 5）。随着研究者对休眠状态、可塑性和分子基础的生物学理解不断加深，微转移的标志物、信号通路和免疫逃避策略，正在逐渐应用于肿瘤转移的治疗中。然而，与之相关的临床药物，通常在肿瘤对标准治疗产生耐药，并伴有晚期转移的情况下应用。如果研究者在相关领域取得成功，先在晚期转移的患者群体中推进相关临床实验，然后在高危患者群体中推进预防远处转移的治疗，从而治疗没有临床转移，但转移复发风险高、可能携带微转移的患者。目前的临床相关研究显示，许多可能有效治疗微转移，但不能有效治疗远处转移的药物，患者并不能从其中获益。

快速且经济高效地推进针对微转移的试验的关键要求，是建立休眠微转移疾病的相关生物标志物，以确定最有可能从辅助治疗中获益的患者。在这方面，血液中的“液体活检”ctDNA 检测，是一种很有前景的生物标志物，但需要进一步提高此类检测的敏感性，以及其结果的临床可操作性。另一种识别微转移的潜在方法，是使用骨髓活检来识别DTC。基于转移瘤细胞的单细胞分析、ctDNA 的表观遗传修饰检测，或检测 CTC、外泌体、免疫细胞和细胞因子检测的相关技术发展，可以为预测性实时生物标志物的开发，提供可行策略和技术支持。这些方法的应用，将有助于对患者持续治疗，从而根除微转移性病灶。

2

靶向作用于寡转移

转移可以显示出肿瘤类型的特定生长模式，即缓慢转移，或转移到单个器官部位。寡转移性疾病，目前被定义为转移扩散的中间状态，其中，局部消融疗法，对患者有益。在寡转移情况下，手术切除或放疗，可以减少肿瘤负荷、延长生命，并有可能治愈患者。以手术、放疗和化疗的形式联合治疗寡转移性疾病，目前是软组织肉瘤的标准护理治疗，全身治疗的疗效有限。结直肠肝转移手术切除，可治愈 20% 的患者，并延长转移患者的生存时间（图5）。肝动脉灌注化疗、栓塞和射频消融在内的肝脏定向疗法，已显示出显著的生存获益。最近涉及寡转移性疾病放射治疗的随机对照试验表明，在乳腺癌、前列腺癌、肺癌和其他癌症患者中，经治疗后，无病生存期和总生存期延长。研究者应用镭，选择性地结合到骨转换增加的区域，在对伴有骨转移的晚期转移性前列腺癌患者的治疗中，显著提高了患者的总体生存时间，这表明骨生态位的特异性靶向，可以影响随后的广泛转移，这与在小鼠模型中的观察结果一致。总之，这些研究表明，广泛转移和寡转移性疾病，在临床上具有不同特点。传统观点认为，局部治疗通常不能提高 IV 期癌症患者生存率。目前最新的研究结果，对这一传统观点提出质疑。在出现寡转移的患者中，目前很少有临床指标可以检测，这可能与器官受限的疾病与快速传播的亚临床微转移相关，后者在短时间内可以检测。这两种情况，需要不同的治疗方法，并产生不同的结果。研究者对于相关潜在生物学标记，尚未达成共识。

3

靶向作用晚期转移

晚期转移性疾病的可塑性，对癌症治疗提出了巨大挑战，从理论上讲，动态重编程细胞状态的能力，可以赋予瘤细胞对药物的耐药性。虽然随着肿瘤的单细胞分析的进展，正在对肿瘤异质性认知，产生巨大的影响，但还需要做更多的研究，来确定在具有不同肿瘤和宿主遗传学或生活方式因素的患者之间，适应性程序是否共享，以及共享的程度。传统观点认为，由保守发育或再生程序的共同选择产生的转移介质，可以为治疗提供广泛适用的靶点，而与肿瘤的特异性或亚克隆性无关。然而，由于大量的脱瘤靶向毒性、背景依赖性多效性作用以及这些通路的反馈回路，迄今为止，针对靶向作用于癌症有关的发育信号通路（如 Wnt、TGFβ、Notch 和 Hedgehog）的努力，收效甚微。其它方法侧重于靶向转移性癌症代谢，例如抑制结直肠肝转移中的 SLC6A8 磷酸肌酸转运蛋白，特异性作用TME ，以克服转移特异性免疫抑制环境。目前仍然需要更多的临床前研究，以着重描述癌症特有的发育和再生程序，以及在癌细胞及其进化的 TME 的转移阶段，选择性调节此类通路的分子。这些研究可以提供两条途径来对抗转移。首先，可以描绘可塑性终点状态，从而实现对这些状态的预期目标。其次，抑制可塑性的分子介质。从而限制转移细胞进化空间，使它们对治疗敏感（图 5）。

新兴观点

1

转移和肿瘤发生具有分离的特性

转移历来是癌症进展的最后阶段。即，致癌驱动突变，将正常上皮细胞转变为过度增殖的原发性肿瘤，其中这些肿瘤细胞的部分克隆亚型，获得侵入、传播和定殖远处器官的能力。上述观点认为，正常细胞先变成肿瘤细胞，然后才能变成浸润性癌，从而发生转移。发生转移性疾病的可能性，与原发肿瘤的大小密切相关，这反映在临床 TNM 分期（T，大小肿瘤；N，扩散到区域淋巴结的程度；M，转移的存在），用于选择患者的辅助治疗方法。然而，目前最新的研究结果，正在挑战这一观点。来自导管原位癌和胰腺上皮内瘤变的癌前细胞，可以在没有临床诊断为癌症的患者的血液、骨髓和远处器官中发现。早期播散瘤细胞，是某些癌症晚期转移的主要来源。对小鼠模型的研究表明，致癌转化，不是转移所必需的。未转化的小鼠乳腺上皮细胞，可以在肺中播种，形成形态正常的微集落，并且在癌基因的诱导激活后，长成与原发性乳腺肿瘤的转移无法区分的病变。携带钠通道 NALCN 条件性缺失的小鼠，可以表现出广泛播散且形态正常的细胞，这些细胞没有致癌突变。NALCN 缺陷的未转化细胞，在受体小鼠的肾脏中形成形态正常的复杂结构，例如肾小球。此外，转移细胞通常在组织再生过程中，表达 L1CAM ，这与原发性肿瘤特有的无限制增殖不同。目前仍然需要更多的研究，来证明正常细胞传播到远处器官的程度。然而，这些结果共同表明，转移和肿瘤起始，可以是不同的，且相互合作的过程，不需要遵从严格的时间顺序。在治疗上，这种不断变化的时间范式的重要意义在于，首先，靶向肿瘤起始所需的致癌驱动突变，可能不足以靶向消灭转移细胞；其次，赋予细胞转移能力的介质，应该是肿瘤进展的早期靶点，这适用于高危人群的癌症预防。

2

理解和对抗转移的新兴方法

随着单细胞和空间技术，以及计算系统生物学的发展，研究者不断探索TME 和克隆动力学。越来越多的技术，能够以单细胞和空间分辨率，来分析表观遗传标记、蛋白质和代谢物，并使现有的转录组学技术，适应当前的临床及病理诊断标准。基于 DNA 编辑的高保真诱导谱系研究，允许研究者对细胞状态转换，进行精确的时间排序。在临床样本中，线粒体突变分析和基于液体活检的实时克隆追踪，正在成为热门的研究方法，它们可以描述肿瘤进化过程中亚克隆出现的顺序。随着这些技术进步，癌症生物学的单细胞时代面临越来越大的挑战，首先，这需要可重复和透明的算法，以及受过计算编程训练的研究人员来分析、解释和共享不断增长的“大数据”。其次，验证过程中，需要严格验证肿瘤分析中出现的假设、定义分子机制并将其转化为新疗法的实验方法。在上述验证过程中，需要对复杂的类器官和小鼠模型进行多重工程，以同时诱导多个突变，从而准确模拟肿瘤内和肿瘤间遗传和表观遗传细胞状态的异质性，最终确定共享的调控通路。新兴技术可以更准确地代表患者、疾病阶段和特定部位的 TME，包括患者来源的类器官、免疫共培养物、肿瘤外植体培养物和人源化小鼠，这些技术正在帮助研究者产生新的机制见解，并实现快速药物反应评估。研究者采用离体模型的前瞻性临床试验，作为患者特异性治疗反应的治疗前“化身”，以指导临床决策。最后，人工智能有望改变临床试验设计，以加速生物标志物的发现和药物开发。

总结

总之，转移依赖于多种机制，来参与表观遗传编码的程序，这些程序能够动态适应不断变化的条件、细胞应激、组织生态位外的生存、传播、免疫逃避以及 TME 共同选择和终末器官定植。随着单细胞分析、谱系追踪以及复杂的临床前和离体模型等新技术的出现，现在的挑战是定义转移依赖性，这些依赖性可以针对肿瘤异质性较大的患者。总之，转移研究和临床药物开发领域的重大进展，有可能改善转移性癌症患者的预后。

各位小伙伴们还想看什么类型的综述，欢迎留言!

—END—

撰文丨阿甘

排版丨豨莶

美国顶级癌症研究机构：已研发出能杀死所有实体恶性肿瘤的药物!网友：你清醒一点！

大X：只要2000美元！就能成为6 SCI论文一作！网友：欢迎来到Pubpeer！

有什么书推荐给医学生医生看？（第十三期）